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東京大學(xué)制備出一種隔熱、阻燃的中孔納米纖維素干凝膠

來源:鄭州銘將機械設(shè)備有限公司 發(fā)布時間:2021-01-15 瀏覽次數(shù):565次

  東京大學(xué)TsuguyukiSaito等人利用纖維素納米纖維(CNF)的可調(diào)粒子間相互作用特性,獲得了具有高孔隙率和高SSA的中孔結(jié)構(gòu)干凝膠。該CNF干凝膠具有出色的機械強度、良好的透光性、出色的隔熱性以及阻燃特性,有望作為透光、隔熱且承重的墻體構(gòu)件。
  【干凝膠材料的制備】

  作者在濕凝膠中研究了兩種不同的干燥溫度(23和65°C)和四種不同的CNF濃度(0.5-2.0%)。隨著CNF濃度的增加,濕凝膠具有更多的交聯(lián)點,對毛細(xì)作用力更具抵抗力。但干凝膠的尺寸也隨之變大,只有含1.0%CNF的干凝膠是形狀規(guī)則的,更高濃度下的干凝膠則存在變形并且表面粗糙(圖1a)。所有干凝膠的橫截面均具有網(wǎng)絡(luò)化的CNF結(jié)構(gòu)(圖1b),在2%的濃度和65°C干燥溫度下,比表面積高達(dá)470m2g-1,這是迄今為止報道的纖維素干凝膠比表面積的最高值。

東京大學(xué)制備出一種隔熱、阻燃的中孔納米纖維素干凝膠

CNF干凝膠的結(jié)構(gòu)

圖1CNF干凝膠的結(jié)構(gòu)
  【隔熱與阻燃性能】
  該CNF干凝膠在大氣壓下的熱導(dǎo)率約為0.06-0.07Wm-1K-1,具有良好的隔熱性能。此外,該干凝膠具有阻燃與自熄特性(圖2)。即使干凝膠被點燃,火焰也能在很短的時間內(nèi)(<0.01s)自動熄滅。該自熄特性可由在CNF表面形成的氫氧化鋁結(jié)構(gòu)來解釋。當(dāng)氫氧化物暴露于火焰中時,它們會脫水,然后脫去的水逐漸蒸發(fā)。

  該反應(yīng)是吸熱的,因此可以防止火焰擴散。在該CNF干凝膠中,CNF表面被羧基緊密地覆蓋,其抗衡離子鋁離子是三價陽離子,能與羧酸根陰離子形成氫氧化物。產(chǎn)生的氫氧化鋁可能是造成干凝膠具有自熄功能的主要原因。

CNF干凝膠和天然木材的可燃性測試

圖2CNF干凝膠和天然木材的可燃性測試

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